Характеристика систем распределения электрической энергии

Назначение распределительных сетей - доставка электроэнергии непосредственно потребителям напряжением 6-10 кВ, распределение электроэнергии между подстанциями 6-110/0,38-35 кВ района электропотребления, сбор мощности, производимой небольшими станциями (теплофикационными и гидравлическими), мощности которых составляют десятки, иногда сотни мегаатт.

Непрерывный рост во времени этих мощностей приводит к постоянному увеличению номинального напряжения распределительных сетей. Так, ещё до недавнего времени, распределительные функции возлагались, главным образом, на сети 6-35 кВ электроснабжения отдельных групп потребителей. Назначение сетей 110 кВ заключалось в передаче (без промежуточных отборов) этих потоков до зон (территорий) их распределения.

На современном этапе электрификации, развития хозяйственно-экономической деятельности, сопровождающегося увеличением охвата этих территорий и количества крупных энергоёмких предприятий, распределительные функции возлагаются на питающие сети 110 кВ, а в некоторых ЭЭС перешли к разветвлённым линиям электропередачи 220 кВ. Кроме того, рост мощностей, потребляемых промышленными предприятиями, крупными городами, приводит к необходимости применения глубокого ввода линий 110­220 кВ, т. е. максимального приближения повышенных напряжений к узлам, районам электропотребления. Поэтому необходимо отметить условность деления системы передачи и распределения ЭЭ на системообразующие, протяжённые сети (системы передачи ЭЭ) и системы распределения ЭЭ по их номинальному напряжению.

Итак, систему распределения ЭЭ составляют сети напряжением 6-150 (220) кВ, включающие две-три ступени (уровня) напряжения с трансформациями 110 (150)/35/6-10 кВ или 220/35/6-10 кВ. Уровень среднего напряжения (СН) соответствует напряжениям сетей 110-150 (220) кВ, питающимся от сетей высшего напряжения (ВН) 330-750 кВ системы передачи ЭЭ через трансформацию ВН/СН. Уровень низшего напряжения представлен сетями напряжением 6-35 кВ, питающимся от сетей СН с трансформацией СН/НН 110-150 (220)/6-35 кВ или напрямую от сетей ВН с трансформацией ВН/НН с напряжениями 220-330/6-35 кВ. Низковольтные сети 0,22-0,66 кВ также относятся к низшему уровню, образующемуся в результате дополнительной трансформации 6-35/0,22-0,66.

Распределительные сети СН передают мощности в десятки мегаватт, сети НН доставляют мощности потребителям от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт. Низковольтные, или потребительские сети, питают непосредственно аппараты промышленного или бытового назначения. Нагрузки, питаемые этими сетями 0,22-0,38 кВ (за исключением промышленных), имеют мощности от долей киловатт до нескольких киловатт, в промышленных сетях 0,38-0,66 кВ передаваемая мощность составляет от нескольких десятков и реже до нескольких сотен киловатт.

Электрические сети системы распределения ЭЭ специфичны по структуре (составу), конфигурации и электрическим режимам, и поэтому выделены в отдельный класс напряжением до 150 (220) кВ.

Структура сети определяется их назначением. В частности, сети СН 110-220 кВ, выполняемые, за редким исключением, воздушными линиями, соединены автотрансформаторной связью, содержат крупные подстанции районного значения и могут объединять электростанции небольшой мощности. Сети НН 0,38-35 кВ, рассчитанные на распределение и доставку ЭЭ значительно меньших мощностей, в определённой мере отражают отраслевую принадлежность и могут быть выполнены как воздушными, так и кабельными. Так, сети 35 кВ внешнего электроснабжения промышленных предприятий и городов, сельской электрификации 0,38-35 кВ выполняются воздушными линиями; городские сети 0,38-10 кВ, сети внутреннего электроснабжения промышленных предприятий преимущественно кабельные.

Во многом режимная специфика распределительных сетей определяется их конфигурацией. Конфигурация схемы сети зависит от взаимного расположения центров питания, приёмных подстанций и от требований обеспечения надёжности (резервирования) электроснабжения.

Распределительные сети могут выполняться разомкнутыми и замкнутыми. При разомкнутой конфигурации - в виде радиальной (рис. 1.2, а) и магистральной (рис. 1.2, б) схем с одним центром питания (ЦП). При магистральной конфигурации сети затрачивается меньше проводников и коммутационной аппаратуры, чем при радиальном её исполнении. Кроме того, по причине меньшей суммарной протяжённости ВЛ уменьшается расход опор, изоляторов, линейной арматуры и др. Поэтому магистральные сети дешевле радиальных. Однако они менее надёжны, потому что отключение головного участка выводит из работы все электроприёмники, получающие питание по данной магистрали. Вместе с тем магистральные сети, выполненные шино-проводами, обеспечивают высокую надёжность.

Распределительные сети СН 110-220 кВ снабжают электроэнергией большие районы электропотребления, поэтому выполняются преимущественно резервированными, например, в виде радиально - магистральных схем с одним центром питания (рис. 1.3). Причём нерезервированные разомкнутые схемы следует рассматривать как первую очередь сооружения (развития) резервированной сети - при возможности их резервирования по сети СН или НН. Двойная радиально-магистральная сеть за счёт дублирования линии (на одних или разных опорах) обеспечивает резервирование питания потребителей (рис. 1.3). Эта схема характеризуется равномерной загрузкой обеих линий, что соответствует минимуму потерь, не вызывает увеличения токов короткого замыкания в смежных участках сети, позволяет осуществлять чёткое ведение режима работы.

Преимуществами разомкнутых сетей является простая конфигурация схемы, низкая стоимость, минимальные затраты проводникового металла и оборудования. Отсутствие перегрузок в аварийных режимах позволяет вести расчёт и выбирать сечения проводов только по нормальному режиму работы.

Две радиальные нерезервированные сети (рис 1.4), питающиеся от одного центра, при развитии за счёт подключения новых участков, удлиняющих магистрали (показано пунктиром), могут быть преобразованы в замкнутую сеть кольцевой конфигурации (петлевая схема), или в сеть с двумя источниками питания (рис 1.5, а) что позволяет резервировать питание потребителей.

Достоинством радиально-магистральной и кольцевой схем является независимость потокораспределения от потоков сети ВН, отсутствие влияния токов коротких замыканий в прилегающих сетях, возможность присоединения подстанций по простейшим схемам.

Широкое применение находят замкнутая одинарная или двойная сеть, опирающаяся на два ЦП (сеть с двусторонним питанием), что позволяет охватить значительную территорию между двумя источниками (рис. 1.5, б). Одинарная сеть от двух ЦП может быть образована в результате развития (показано пунктиром) магистральных участков, подключенных к разным источникам (рис. 1.5, а). Данная конфигурация применяется в сетях 110 кВ для электрификации сельской местности, а также в распределительных сетях 220 кВ, обеспечивая с наименьшими затратами максимальный охват территории.

Возможности данной конфигурации ограничиваются пропускной способностью головных участков, т. е. при отключении одного из них необходимо обеспечить электроснабжение всех подстанций сети; в зависимости от мощности трансформаторов ограничено количество подстанций. Двойная конфигурация (рис. 1.5, б) обладает большей пропускной способностью, применяется в сетях 110 кВ систем электроснабжения городов, а также в сетях 110­220 кВ для электроснабжения протяжённых потребителей - электрифицируемых железных дорог и трубопроводов.

Присоединение новых подстанций в ближайших пунктах с целью снижения суммарной длины линии по сравнению с присоединением по кратчайшему к источнику пути приводит к созданию сложно-замкнутых (многоконтурных) конфигураций, обладающих высокой надёжностью электроснабжения (рис 1.6). Расчёт, анализ режимов, защита замкнутых сетей, управление ими - задачи более сложные, чем для разомкнутых сетей. Сложно-замкнутые сети дороже радиально-магистральных; их использование выгодно только при большой стоимости перерывов электроснабжения, например, в системах электроснабжения больших городов.

Распределительные сети НН 0,38-35 кВ выполняют преимущественно разомкнутыми радиальной и магистральной конфигурации, получающими питание от одного (эис. 1.2, рис. 1.3, рис. 1.4) или двух центров (эис. 1.5, рис. 1.6). В отдельных случаях эти сети сооружаются как замкнутые (рис. 1.4, ри. 1.5, а), но эксплуатируемые в разомкнутом режиме (например, в городских сетях).

Главная особенность распределительных сетей НН - их массовость. Количество трансформаторных пунктов, участков сетей достигает в пределах сетевого предприятия несколько сотен. Поэтому в этих сетях для изменения, улучшения режима напряжения используют простые недорогие устройства: трансформаторы без автоматического регулирования и преимущественно нерегулируемые конденсаторные батареи.

Распределительные сети НН и особенно сети 0,38-10 кВ сильно разветвлённые, характеризуются большой суммарной протяжённостью.

Схемное построение и функционирование распределительных сетей определяется требуемой надёжностью электроснабжения, отраслевой принадлежностью, характером потребителей.